Design of Bedroom Smart Trash Can Based on STC89C52
郭浩岩 GUO Hao-yan；顾伟帆 GU Wei-fan；徐佳 XU Jia
（大连科技学院，大连116052）
（Dalian University of Science and Technology，Dalian 116052，China）
摘要：随着智能化科技的不断发展，传统的垃圾桶已不能满足人们的需求。因此，本文介绍了一种基于STC89C52单片机的智能垃圾桶的设计与实现过程，主要通过红外传感器、步进电机、语音芯片等模块实现了一款新型智能垃圾桶。该系统实现了垃圾桶装满语音报警，垃圾桶自动感应开盖，按键喷洒消毒剂的功能。通过对多功能新型垃圾桶的分析与设计，发现该系统可以能提高垃圾处理的效率，为环境建设提供了一个有效解决的方法。
Abstract: With the continuous development of intelligent technology, traditional trash cans can no longer meet people's needs. Therefore, this paper introduces a design and implementation process of smart trash can based on STC89C52 single-chip microcomputer, which mainly realizes a new intelligent trash can by infrared sensor, stepping motor and voice chip. The system realizes the function that the trash can is filled with voice alarm, the trash can automatically opens the cover, and the button sprays the disinfectant. Through the analysis and design of the new multi-function trash can, it is found that the system can improve the efficiency of garbage disposal and provide an effective solution for environmental construction.
关键词：STC89C52；智能垃圾桶；语音报警；感应开盖
Key words: STC89C52；smart trash can；voice alarm；induction cover
中图分类号：TS959.9 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）21-0132-03
0 引言
随着现代社会的发展，电子技术以及网络智能的不断进步，如今对生活各个方面的智能化发展刻不容缓。可在大学生活中如何才能让我们大学生也感受到智能化设计呢？对于大学生来说，寝室正是我们第二个家，虽然寝室的结构不大甚至十分拮据但是需要改进的地方却很多。目前寝室使用的垃圾桶，大多用全开合式的一体化回收模式。传统式垃圾桶对垃圾的封存效果十分不好，极易产生各种细菌真菌，以及细小的害虫，更会对寝室甚至室外产生极大的健康问题和环境污染。
目前市场上出现的智能垃圾桶的有一些弊端，因此笔者针对性的设计了这样一款垃圾桶：
①由于垃圾桶为避免不好清洁等问题，所以基本都设计成深颜色不透明的，这样就会偶尔注意不到垃圾桶承装的垃圾数量，即在垃圾即将装满，超过一定的容量的时候，语音系统进行播报，提醒人倒掉垃圾。
②传统的垃圾桶采用的都是开合式或脚踩式的，十分不便捷卫生，所以通过红外感应系统设计成如同自动门一样的设计，在人体靠近垃圾桶的时候，盖子自动弹开，离开的时候，盖子自动关闭，大大的方便了生活。
③使用久的垃圾桶不免产生细菌滋生等一系列卫生问题，所以为了解决这个问题，在扔掉垃圾后，手动打开消毒液喷洒开关，循环通风，并进行语音播报，避免垃圾桶内部死角等部分产生细菌和异味。
1 系统设计
针对上述问题，这次寝室智能垃圾桶的控制芯片选用STC89C52单片机为主控制芯片。为了让垃圾桶实现预定功能，选择多个红外传感器监测人体是否接近和垃圾高度变化，将检测到的信号发送给单片机进行处理后，发送给其他模块。其中，红外感应检测人体的信号经过处理后发送给步进电机驱动模块和语音芯片模块，实现垃圾桶盖的自动开关和语音播报；红外感应检测垃圾高度的信号发送给语音芯片模块发出报警信息，提示垃圾桶已经装满，及时进行处理；通过按键控制1路光耦隔离继电器驱动模块发出信号喷洒消毒液；语音芯片模块接收经过处理的检测人体、垃圾高度信号和按键信号来播放语音；电源模块给步进电机驱动模块和单片机供电。
综上所述，本设计包括单片机模块、红外感应模块、步进电机驱动模块、语音芯片模块、电源模块、1路光耦隔离继电器驱动模块组成。总体设计方案如图1所示。
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根据总体设计方案，寝室智能垃圾桶功能如下：
自动开关盖功能设计：在垃圾桶正面安装一个红外传感器，感应人体接近。若检测到人体接近，步进电机正转，打开垃圾桶。一定时间后，关闭垃圾桶。
垃圾高度检测功能设计：在垃圾桶内侧均匀安放多个红外传感器，当多个红外传感器检测到数据，由单片机控制语音芯片播报提示信息。
喷洒消毒液功能设计：在垃圾桶盖顶部安装按键，当按键按下时继电器发出信号控制，开始喷洒消毒液。
语音播报功能设计：当语音芯片模块接收经过处理的检测人体、垃圾高度信号和按键信号后，语音芯片模块来播放提示信息。
2 硬件设计
该系统硬件电路设计包括单片机最小系统、红外感应电路、步进电机驱动电路、语音芯片电路、1路光耦隔离继电器驱动电路组成，来实现本次寝室智能垃圾桶的各种功能。下面将对各功能电路进行详细介绍。
2.1 单片机最小系统
在单片机系统中，提供电源的供电模块是整个系统平稳运行的重要前提，虽然STC89C52单片机在很早以前就已经被人们广泛应用，但是在具体的应用中，STC89C52单片机相对于其他系列单片机来说更容易被其他因素干扰，出现程序跑飞的情况，但为单片机系统配置一个稳定可靠的电源供电模块能够有效的减少这种状况的发生。
在单片机的最小系统中，计算机的USB口或外部稳定5V电源都可以为电源供电模块供给。
晶体振荡器作为单片机最小系统的一部分，它与单片机内部电路结合所产生的时钟频率，可以改变单片机的运行速度，即时钟频率越高，运行速度越快，只有单片机晶振提供时钟频率，系统才能执行一切指令。
选用11.0592MHz的晶体振荡器作为STC89C52单片机的振荡源，因为单片机内部是带有振荡电路的，所以还需外接一个晶振和两个在15pF至50pF之间的电容。
复位电路是一种使电路恢复到起始状态的电路设备，简单来说就是把一个状态机初始化到空状态，而在单片机内部，复位的时候单片机是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。
复位电路原理：上电复位是通过单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容来实现的，复位有效的前提条件是复位电平持续两个机器周期以上且此周期须小于复位电平的持续时间。可以由RC电路来计算出具体的时间常数。单片机最小系统电路图如图2所示。
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2.2 红外感应电路设计
LM393作为本次设计的红外避障传感器模块。此模块不仅拥有红外线发射管和接收管，而且还对光线有较强的适应力，发射管发射出一定频率的红外线，当检测方向上出现障碍物（反射面）时，反射回来的红外线被接收管接收，通过比较器电路的处理过后，绿色指示灯就会亮起，同时信号输出接口输出数字信号，即一个低电平信号，电位器旋钮可以在2～30cm内进行检测距离的调节，该传感器具有装配简单、干扰小、使用方便等优点，可以通过电位器来调节探测距离。
LM393红外避障传感器模块原理图如图3所示，其中三个引脚分别连接+5V电源、单片机的I/O口、接地。
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2.3 语音播报功能设计
本设计采用的是JQ6500语音芯片，在其他模块的功能实现时进行语音播报，让人们了解垃圾桶当前所处的状态和所实现的功能。JQ6500语音模块是一个能提供串口的MP3芯片，能够支持TF卡驱动，也支持FAT16、FAT32文件系统和32G的U盘。在单片机中可以通过串口来对指定音乐进行控制和播放。它有多种控制模式，包括AD按键控制模式、串口模式等。支持的采样频率范围也很广。它最大的优势就是没有繁琐的底层操作，非常的方便、稳定和可靠，另外它是固定语音播放领域成本较低的芯片。
语音芯片模块电路图如图4所示，中间为语音芯片，其中两个引脚分别连接+5V电源和接地，其输入接口TX、RX连接单片机I/O口P3.0和P3.1，SPK+和SPK-引脚连接喇叭播放声音。
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2.4 步进电机驱动电路设计
此电路设计的驱动模块选用28BYJ-48型四相八拍步进电机，工作电压在5V至12V。步进电动机的主要功能是将电脉冲信号转换成角位移和线位移，不仅可以用于需要精确进给量的控制系统，而且可以通过控制脉冲频率来调节电机转动速度和加速度，以达到调速的目的。当对步进电机施加连续不断的脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度。当改变完成通电状态的一个循环时，转子转过一个齿距。四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）。模块电路图如图5所示。
2.5 喷洒消毒液功能设计
本设计通过继电器来实现喷洒消毒液功能，由于单片机输出功率不够，要通过继电器来实现喷洒消毒液功能。模块电路图如图6所示。
3 软件设计
本设计的智能垃圾桶软件部分的流程图如图7所示。
①检测是否有人接近垃圾桶，判断为是，则步进电机正转，打开垃圾桶盖，同时播放语音进行提示，一定延时红步进电机反转，关闭垃圾桶，同时播放语音进行提示；判断为否，不进行操作。
②判断了解垃圾高度是否达到预定高度，判断为是，播报语音进行提示；判断为否，不进行操作。
③检测喷洒消毒液按键是否按下，判断为是，喷洒消毒液；判断为否，不进行操作。
④判断开盖按键是否按下，判断为是，则步进电机正转，打开垃圾桶盖，同时播放语音进行提示，一定延时红步进电机反转，关闭垃圾桶，同时播放语音进行提示；判断为否，不进行操作。
4 结语
本文介绍了基于STC89C52单片机的智能垃圾桶的设计过程，实现了垃圾桶自动开关盖，垃圾高度提示，语音提示，喷洒消毒液等功能，这款新型智能垃圾桶方便了人们的生活，降低了细菌滋生的问题，具有不错的发展前景。
参考文献：
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